高二化学氯碱工业

1、第二单元第二单元 氯碱生产氯碱生产专题专题2 2 从自然资源到化学品从自然资源到化学品 于是，人们将目光投向海水、盐湖，这里蕴于是，人们将目光投向海水、盐湖，这里蕴藏着丰富的食盐资源。食盐不仅来源广、价廉易藏着丰富的食盐资源。食盐不仅来源广、价廉易得，从其组成看也是制取烧碱和氯气的理想原料。得，从其组成看也是制取烧碱和氯气的理想原料。在反复研制的基础上，人们终于以食盐为主要原在反复研制的基础上，人们终于以食盐为主要原料制得了烧碱和氯气并由此形成了氯碱工业料制得了烧碱和氯气并由此形成了氯碱工业 随着纺织、造纸、石油化工以及有机合成工随着纺织、造纸、石油化工以及有机合成工业的迅速发展，对烧碱和氯气

2、的需求量剧增，而业的迅速发展，对烧碱和氯气的需求量剧增，而为了获取大量的烧碱和氯气，关键又在于寻求理为了获取大量的烧碱和氯气，关键又在于寻求理想的原料和采用新的生产方法。想的原料和采用新的生产方法。 知识支持知识支持 一般在惰性电极时，阴、阳离子的放一般在惰性电极时，阴、阳离子的放电顺序如下：电顺序如下： 阴离子放电顺序：阴离子放电顺序：S2 I BrCl OH含氧酸根含氧酸根 F 阳离子放电顺序：阳离子放电顺序：AgAgHgHg2 2FeFe3 3CuCu2 2HHPbPb2 2SnSn2 2FeFe2 2ZnZn2 2AlAl3 3MgMg2 2NaNaCaCa2 2KK。 e阴极阳阳极阳

3、离子得阳离子得电子发生电子发生还原还原反应反应电极材料或阴电极材料或阴离子失电子发离子失电子发生生氧化氧化反应反应电解质溶液 当电极都为石墨，电解质溶液为当电极都为石墨，电解质溶液为CuCl2时有什时有什么现象么现象? 为什么为什么?写出电极反应式写出电极反应式阴极：阴极：Cu2+-2e-=Cu阳极：阳极：2Cl- -2e-=Cl2 电解质溶液为氯化钠时电解质溶液为氯化钠时, ,情况如何情况如何? ?写写出电极反应式和总反应式出电极反应式和总反应式阴极：阴极：2H+ +2e = H2阳极：阳极：2Cl +2e = Cl2溶液中存在的离子为：溶液中存在的离子为：Na+ 、OHNaOH烧碱和氯气是

4、重要的基本化工原料烧碱和氯气是重要的基本化工原料 在电解饱和食盐水的实验中，阳极产在电解饱和食盐水的实验中，阳极产生的氯气与阴极产生的氢气、生的氯气与阴极产生的氢气、NaOHNaOH溶液溶液之间能否发生化学反应之间能否发生化学反应? ?若能发生，会产若能发生，会产生什么危害生什么危害? ?你认为可以采用什么方法来你认为可以采用什么方法来避免避免? ?请你与同学们交流讨论。请你与同学们交流讨论。交流交流.研讨研讨1 1、H H2 2和和ClCl2 2混合不安全混合不安全2 2、ClCl2 2会和会和NaOHNaOH反应，会使得到反应，会使得到的的NaOHNaOH不纯不纯 氯碱工业氯碱工业:通过电

5、解饱和食盐水来生通过电解饱和食盐水来生产烧碱、氯气和氢气，并以它们为原料产烧碱、氯气和氢气，并以它们为原料生产一系列化工产品的工业生产一系列化工产品的工业一、氯碱生产的核心技术一、氯碱生产的核心技术电解电解 使电流通过电解质溶液或熔融态的电解质，使电流通过电解质溶液或熔融态的电解质，在阴、阳两极分别发生还原反应和氧化反应的在阴、阳两极分别发生还原反应和氧化反应的过程叫做过程叫做电解电解。 对电解槽结构进行优化设计，合理选用电极和对电解槽结构进行优化设计，合理选用电极和隔膜材料，是电解生产的核心。隔膜材料，是电解生产的核心。石棉隔膜电解槽石棉隔膜电解槽 离子交换膜电解槽离子交换膜电解槽2NaCl

6、+2H2O 2NaOH+Cl2+H2 1 1离子膜电解槽的简单构造如何离子膜电解槽的简单构造如何? ?2 2离子膜的作用是什么离子膜的作用是什么? ?3 3工业制碱的简单生产流程怎样工业制碱的简单生产流程怎样? ?二、食盐水电解工艺二、食盐水电解工艺阳离子交换膜法电解阳离子交换膜法电解 1 1、生产的主体设备：、生产的主体设备：离子膜电解槽离子膜电解槽简单构造：阳极：金属钛网简单构造：阳极：金属钛网( (涂钛钌氧化物涂钛钌氧化物) ) 阴极：碳钢网阴极：碳钢网( (有镍涂层有镍涂层) ) 阳离子交换膜：只允许阳离子交换膜：只允许阳离子阳离子通过，通过， 把电解槽隔成阴极室和阳极室。把电解槽隔成

7、阴极室和阳极室。 2 2、添加原料、添加原料 阳极室：精制的饱和食盐水阳极室：精制的饱和食盐水 阴极室：添加纯水（加一定量的阴极室：添加纯水（加一定量的NaOHNaOH溶液）溶液） 3 3、离子交换膜的作用：、离子交换膜的作用： (1)(1)防止防止ClCl2 2和和H H2 2混合而引起爆炸混合而引起爆炸 (2)(2)避免避免ClCl2 2与与NaOHNaOH反应生成反应生成NaClONaClO，影响，影响NaOHNaOH的产量的产量三、氯碱生产的流程三、氯碱生产的流程1用什么方法除去泥沙？用什么方法除去泥沙？2用什么试剂除去用什么试剂除去Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-？3所用试剂

8、只有过量才能除净这些杂质，试设所用试剂只有过量才能除净这些杂质，试设计一个合理的顺序逐一除杂。计一个合理的顺序逐一除杂。思考：思考：粗盐水（粗盐水（Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-）过量过量BaCl2Ba2+ + SO42- =BaSO4Na+ 、 Ca2+、Mg2+、Fe3+、Ba2+ 、 Cl-BaSO4Ca2+ + CO32- = CaCO3Ba2+ + CO32- = BaCO3CaCO3BaCO3过量过量Na2CO3Na+、 Mg2+、 Ca2+ 、 Cl- 、 OH-Mg2+ + 2OH- = Mg(OH)2Fe3+ + 3OH- = Fe(OH)3过量过量NaOHFe(O

9、H)3Mg(OH)2Mg2+、 Ca2+、 Na+、 Cl- 、 OH-、CO32-精制食盐水精制食盐水适量适量HCl,HCl,调节调节PHPH通过阳离子通过阳离子交换树脂交换树脂Na+、 Cl-四、氯碱工业产品的应用四、氯碱工业产品的应用五、法拉第电解定律五、法拉第电解定律1 1、法拉第电解第一定律、法拉第电解第一定律 电解时在电极上析出（或溶解）的物质电解时在电极上析出（或溶解）的物质的物质的量跟通过的电量成正比。的物质的量跟通过的电量成正比。2 2、法拉第电解第二定律、法拉第电解第二定律在电解时，电极在电解时，电极上每通过上每通过9650096500库仑的电量就会有库仑的电量就会有1mol1mol电子发电子发生转移，产生生转移，产生1/Zmol1/Zmol（Z Z是电极上放电离子得是电极上放电离子得失的电子数）电解产物。失的电子数）电解产物。定律的应用：详见课本定律的应用：详见课本P26P26